【理科のコツ】ものの体積と温度

今回は、ものの体積と温度について喋っていきます。この実験、学校でやった事ありますか?

温度変化と体積膨張の原理を示す実験図解

こちらに金属の玉があってこの輪をギリギリすり抜ける事が出来ます。種も仕掛けもございません。ただ、このように輪っかをすり抜ける事が出来るんです。ですが、金属を加熱します。さっきまで通過していたのに、通らなくなります。これはちっちゃい輪っかを用意した訳じゃないです。同じ鉄球です。温めただけなのに通らなくなったんです。けど、水で冷やしてあげると、また元通りに通過する事が出来ます。こんな実験を学校でもやってみましたか?

これは何かというと、温める事によって体積、ものの大きさがちょっとでかくなるんです。冷やすとキュッとなります。皆も暖かいとテンション上がりませんか?そして、寒いとあまり動かないですよね?それと同じで、実はこういう物質、ものっていうものを構成しているのは原子というちっちゃい目に見えない粒々です。この粒々が温まる事によって、元気になって、目では見えないけどちょっと大きくなるんです。

だから、この輪っかと金属はギリギリです。こんな大きい輪っかを、こんな小さいものが通過して温めたからって引っ掛かったりはしないです。実際に実験した事のある子とない子では感覚的にズレが生じてくるようなジャンルの所です。例えば日常生活だと、鉄道の線路があります。線路って実はよく見てみると、レールの隙間がちょっとあいています。車とかで通過する橋がありますが、ちょっとスペースあいています。わざとちょっとあけていて、鉄橋とかで使われている鉄とか、レールで使われている鉄とかは夏になって熱々になると、体積が膨張してでかくなるんです。だから、計算してわざとちょっと隙間あけているんです。

例えば、パリとかあっちの方にあるエッフェル塔という鉄塔知っていますか?あれは夏場になると15センチぐらい身長伸びます。だから鉄とかの金属というのは、温めたりすると大きくなる特徴があります。詰め詰めでやってしまうと膨張してグネッってなって脱線事故みたいになってしまうからわざと隙間あけていたりします。

日常生活にもこういった学校で習った事が応用されて使われているんです。金属限定で喋っていますが、実は空気、こういった気体というものとか、なんだったら人間もそうです。ドライヤーで体を温めればちょっと身長伸びます。身体測定の時にはドライヤーで身体を温めてから身長伸ばしにいって下さい。どれぐらい変わるかは人によると思います。気体は特に体積が変わりやすかったりします。そういったものは体積を絡めた問題に発展してきたりします。なので、こういった実験、多分見た事ないような実験に発展した問題とかにもなってきます。

本日は、ただ温めたら体積はでかくなるんです、というそれだけの話です。ですが、気体の場合は圧力も関与してきて、色んな実験に発展していくのでそういった問題を一緒に練習していきましょう!

ものの体積と温度のまとめ

項目 内容
体積と温度の関係 – 温めると体積が大きくなる(膨張)
– 冷やすと体積が小さくなる(収縮)
– 原子の動きが活発になることで膨張
日常生活の例 – 鉄道の線路: レールに隙間を設けて膨張を考慮
– 橋や鉄橋: 金属の膨張で隙間を調整
– エッフェル塔: 夏場に約15cm伸びる
気体の特徴 – 温めると気体の体積が特に大きくなる
– 圧力の影響も受けるため複雑な変化が起きる
実験例 – 加熱した金属球が輪を通らなくなる
– 冷やすと元通り通過する

ものの体積と温度のクイズ

問題 選択肢 正解を見る
1. 金属を加熱するとどうなる? A. 体積が小さくなる
B. 体積が変わらない
C. 体積が大きくなる
D. 密度が増加する

2. エッフェル塔は夏場にどの程度伸びる? A. 1cm
B. 5cm
C. 10cm
D. 15cm

3. 鉄道の線路に隙間を設ける理由は? A. 脱線を防ぐため
B. 鉄道車両の加速を助けるため
C. 製造ミスを隠すため
D. 美観を保つため

4. 温めた金属球が輪を通らなくなるのはなぜ? A. 重さが増えるから
B. 原子が活発になり体積が増えるから
C. 輪が縮むから
D. 温度の影響を受けないから

5. 気体の体積は何の影響を受けやすい? A. 温度のみ
B. 圧力のみ
C. 温度と圧力
D. 質量のみ

6. ドライヤーで体を温めるとどうなる? A. 身長が伸びる
B. 身長が縮む
C. 身長は変わらない
D. 重さが増える

7. 金属の膨張は何によって起こる? A. 分子間の距離が縮むから
B. 原子の動きが活発になるから
C. 原子が減るから
D. 温度に依存しない

8. 気体が液体や固体よりも体積変化しやすい理由は? A. 分子が固定されているから
B. 分子間の距離が遠いから
C. 温度に影響されないから
D. 圧力に影響されないから

9. 温めた金属が膨張しても輪を通る方法は? A. 冷却する
B. 水に沈める
C. 圧力をかける
D. 温度を一定に保つ

10. 温度変化が影響を与えるのは? A. 気体のみ
B. 固体のみ
C. 全ての物質
D. 液体のみ